伺服系統(tǒng)(servomechanism)又稱隨動(dòng)系統(tǒng),是用來精確地跟隨或復(fù)現(xiàn)某個(gè)過程的反饋控制系統(tǒng)。伺服系統(tǒng)使物體的位置、方位、狀態(tài)等輸出被控量能夠跟隨輸入目標(biāo)(或給定值)的任意變化的自動(dòng)控制系統(tǒng)。它的主要任務(wù)是按控制命令的要求、對(duì)功率進(jìn)行放大、變換與調(diào)控等處理,使驅(qū)動(dòng)裝置輸出的力矩、速度和位置控制非常靈活方便。在自動(dòng)化領(lǐng)域很多情況下,伺服系統(tǒng)專指被控制量(系統(tǒng)的輸出量)是機(jī)械位移或位移速度、加速度的反饋控制系統(tǒng),其作用是使輸出的機(jī)械位移(或轉(zhuǎn)角)準(zhǔn)確地跟蹤輸入的位移(或轉(zhuǎn)角),其結(jié)構(gòu)組成和其他形式的反饋控制系統(tǒng)沒有原則上的區(qū)別。
伺服在自動(dòng)化半導(dǎo)體設(shè)備中的應(yīng)用極其廣泛,例如在涂膠機(jī),光刻機(jī)等設(shè)備上均有。
伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)(ServoSystem)簡(jiǎn)稱伺服系統(tǒng),是一種以機(jī)械位置或角度作為控制對(duì)象的自動(dòng)控制系統(tǒng),例如數(shù)控機(jī)床等。使用在伺服系統(tǒng)中的驅(qū)動(dòng)電機(jī)要求具有響應(yīng)速度快、定位準(zhǔn)確、轉(zhuǎn)動(dòng)慣量(使用在機(jī)電系統(tǒng)中的伺服電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量較大,為了能夠和絲杠等機(jī)械部件直接相連。伺服電機(jī)有一種專門的小慣量電機(jī),為了得到極高的響應(yīng)速度。但這類電機(jī)的過載能力低,當(dāng)使用在進(jìn)給伺服系統(tǒng)中時(shí),必須加減速裝置。轉(zhuǎn)動(dòng)慣量反映了系統(tǒng)的加速度特性,在選擇伺服電機(jī)時(shí),系統(tǒng)的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量不能大于電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的3倍。)較大等特點(diǎn),這類專用的電機(jī)稱為伺服電機(jī)。當(dāng)然,其基本工作原理和普通的交直流電機(jī)沒有什么不同。該類電機(jī)的專用驅(qū)動(dòng)單元稱為伺服驅(qū)動(dòng)單元,有時(shí)簡(jiǎn)稱為伺服,一般其內(nèi)部包括電流、速度和/或位置閉環(huán)。
伺服(Servo)是一個(gè)性能上的名詞,一般只要主令和控制結(jié)果的近似達(dá)到了一定高的程度就能稱為伺服,這和機(jī)器的結(jié)構(gòu)沒有直接的關(guān)系。例如伺服系統(tǒng)都沒有精確的慣量匹配的范圍,這是因?yàn)閼T量匹配的結(jié)果只要不影響控制對(duì)象對(duì)主令跟隨或影響不大就好了,跟具體是3還是3.5沒有關(guān)系。伺服系統(tǒng)也不一定是電機(jī)系統(tǒng),有的氣動(dòng)系統(tǒng)就稱為氣動(dòng)伺服。
伺服系統(tǒng)由伺服電機(jī)、伺服驅(qū)動(dòng)器、指令機(jī)構(gòu)三大部分構(gòu)成,伺服電機(jī)是執(zhí)行機(jī)構(gòu),就是靠它來實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)的,伺服驅(qū)動(dòng)器是伺服電機(jī)的功率電源,指令機(jī)構(gòu)是發(fā)脈沖或者給速度伺服驅(qū)動(dòng)器的,常用的驅(qū)動(dòng)元件有IPM模塊。上位機(jī):給伺服指令,如PLC、工控機(jī)、數(shù)控系統(tǒng)等;伺服放大器:接收并處理上位機(jī)的指令,控制電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)角度和速度;伺服電機(jī):執(zhí)行機(jī)構(gòu),其自帶的編碼器把電機(jī)旋轉(zhuǎn)的角度和速度反饋給伺服放大器,構(gòu)成閉環(huán),確保精度!
1、控制器通常是計(jì)算機(jī)或PID控制電路,主要任務(wù)是對(duì)比較元件輸出的偏差信號(hào)進(jìn)行變換處理,控制執(zhí)行元件按要求動(dòng)作。
2、執(zhí)行環(huán)節(jié),其作用是按控制信號(hào)的要求,將輸入的各種形式的能量轉(zhuǎn)化成機(jī)械能,驅(qū)動(dòng)被控對(duì)象工作,機(jī)電一體化系統(tǒng)中的執(zhí)行元件一般指各種電機(jī)或液壓,氣動(dòng)伺服機(jī)構(gòu)等。
3、被控對(duì)象,機(jī)械參數(shù)量包括位移、速度、加速度、力和力矩為被控對(duì)象。
4、比較環(huán)節(jié)是將輸入的指令信號(hào)與系統(tǒng)的反饋信號(hào)進(jìn)行比較,以獲得輸出與輸入間的偏差信號(hào)的環(huán)節(jié),通常由專門的電路或計(jì)算機(jī)來實(shí)現(xiàn)。
5、檢測(cè)環(huán)節(jié),能夠?qū)敵鲞M(jìn)行測(cè)量并轉(zhuǎn)換成比較環(huán)節(jié)所需要的量綱的裝置,一般包括傳感器和轉(zhuǎn)換電路。
伺服系統(tǒng)本質(zhì)上是一種隨動(dòng)系統(tǒng)。只不過被控量是位移或是其對(duì)時(shí)間的導(dǎo)數(shù)。如果要問什么是隨動(dòng)系統(tǒng),就是一個(gè)系統(tǒng)的輸出盡可能以最快,最精確的方式復(fù)現(xiàn)輸入信號(hào)。其衡量的指標(biāo)有超調(diào)量、延遲。
下面就關(guān)于伺服電機(jī)的相關(guān)問題作出了整理,希望在今后的工作中能帶來幫助.
1.伺服電機(jī)為什么不會(huì)丟步?
伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)器接收電機(jī)編碼器的反饋信號(hào),并和指令脈沖進(jìn)行比較,從而構(gòu)成了一個(gè)位置的半閉環(huán)控制。所以伺服電機(jī)不會(huì)出現(xiàn)丟步現(xiàn)象,每一個(gè)指令脈沖都可以得到可靠響應(yīng)。
2.對(duì)伺服電機(jī)進(jìn)行機(jī)械安裝時(shí),應(yīng)特別注意什么?
由于每臺(tái)伺服電機(jī)后端部都安裝有旋轉(zhuǎn)編碼器,它是一個(gè)十分易碎的精密光學(xué)器件,過大的沖擊力肯定會(huì)使其損壞。
3.如何調(diào)節(jié)伺服電機(jī),調(diào)節(jié)伺服電機(jī)有幾種方式?
使用泰科智能圖像化軟件對(duì)電機(jī)的PID參數(shù)、電機(jī)參數(shù)、電子齒輪比等進(jìn)行調(diào)節(jié)。
4.我們想用伺服電機(jī)替換產(chǎn)品中的步進(jìn)電機(jī),應(yīng)注意哪些問題?
A.為了保證控制系統(tǒng)改變不大,應(yīng)選用數(shù)字式伺服系統(tǒng),仍可采用原來的脈沖控制方式;
B.由于伺服電機(jī)都有一定過載能力,所以在選擇伺服電機(jī)時(shí),經(jīng)驗(yàn)上可以按照所使用的步進(jìn)電機(jī)輸出扭矩的1/3來參考確定伺服電機(jī)的額定扭矩;
C.伺服電機(jī)的額定轉(zhuǎn)速比步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)速要高的多,為了充分發(fā)揮伺服電機(jī)的性能,最好增加減速裝置,讓伺服電機(jī)工作在接近額定轉(zhuǎn)速下,這樣也可以選擇功率更小的電機(jī),以降低成本。
5.用脈沖方式控制伺服電機(jī)的優(yōu)點(diǎn)?
一可靠性高,不易發(fā)生飛車事故。用模擬電壓方式控制伺服電機(jī)時(shí),如果出現(xiàn)接線接錯(cuò)或使用中元件損壞等問題時(shí),有可能使控制電壓升至正的最大值。這種情況是很危險(xiǎn)的。如果用脈沖作為控制信號(hào)就不會(huì)出現(xiàn)這種問題。
二 信號(hào)抗干擾性能好。數(shù)字電路抗干擾性能是模擬電路難以比擬的。
當(dāng)然目前由于伺服驅(qū)動(dòng)器和運(yùn)動(dòng)控制器的限制,用脈沖方式控制伺服電機(jī)也有一些性能方面的弱點(diǎn)。一是伺服驅(qū)動(dòng)器的脈沖工作方式脫離不了位置工作方式,二是運(yùn)動(dòng)控制器和驅(qū)動(dòng)器如何用足夠高的脈沖信號(hào)傳遞信息。
這兩個(gè)根本的弱點(diǎn)使脈沖控制伺服電機(jī)有很大限制。
(1)控制的靈活性大大下降。這是因?yàn)樗欧?qū)動(dòng)器工作在位置方式下,位置環(huán)在伺服驅(qū)動(dòng)器內(nèi)部。這樣系統(tǒng)的PID參數(shù)修改起來很不方便。當(dāng)用戶要求比較高的控制性能時(shí)實(shí)現(xiàn)起來會(huì)很困難。從控制的角度來看,這只是一種很低級(jí)的控制策略。如果控制程序不利用編碼器反饋信號(hào),事實(shí)上成了一種開環(huán)控制。如果利用反饋控制,整個(gè)系統(tǒng)存在兩個(gè)位置環(huán),控制器很難設(shè)計(jì)。在實(shí)際中,常常不用反饋控制,但不定時(shí)的讀取反饋進(jìn)行參考。這樣的一個(gè)開環(huán)系統(tǒng),如果運(yùn)動(dòng)控制器和伺服驅(qū)動(dòng)器之間的信號(hào)通道上產(chǎn)生干擾,系統(tǒng)是不能克服的。
(2)控制的快速性速度不高。
6.伺服電機(jī)通電以前應(yīng)做哪些檢查工作?
檢查電機(jī)與驅(qū)動(dòng)器的連線,連線不能虛連,線不能接錯(cuò)。
7.控制伺服時(shí),給信號(hào)時(shí),伺服電機(jī)不轉(zhuǎn),振動(dòng)?
U,V,W三相接錯(cuò)。
8.如何根據(jù)客戶的要求為客戶選配伺服電機(jī)和減速機(jī),所選的方案應(yīng)為最佳。
根據(jù)功率選取減速機(jī),選出合適的減速機(jī)尺寸,在根據(jù)減速機(jī)選擇合適的伺服電機(jī),一定要注意速度的選取。
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